CN211155801U - 脊柱生理曲度监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种脊柱生理曲度监测装置，其包括：弯曲度传感器模块、中央处理器、贴片；所述贴片由柔性防水材料制成，其一侧形成有粘胶，以粘附到受试者脊柱生理弯曲位置；所述弯曲度传感器模块、中央处理器封装在所述贴片内；所述弯曲度传感器模块包括至少两个应变电阻式弯曲度传感器，所述两个应变电阻式弯曲度传感器沿贴片的长度方向设置，其输出的脊柱曲度信息被送至所述中央处理器进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及脊柱生理曲度监测、干预，尤其涉及一种脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法。
背景技术
腰椎疾病的发生是一个长期慢性的过程，日常生活中不良的身姿习惯(如长期伏案工作、长期弯腰负重、不正确的坐姿等)和缺乏足够的腰背肌锻炼是主要病因。它们以微不可查的速度悄悄地侵蚀着腰椎健康，当出现明显腰腿痛症状时往往已经造成腰椎的不可逆损伤。良好的身姿习惯和强健的腰背部肌肉能显著减轻腰椎间盘所承受的负荷，增强腰椎的稳定性，减少腰椎疾病的发生。
随着智能手机、笔记本电脑的广泛使用，加入“低头弯腰族”的人越来越多，低头时间越长，颈椎所承受的压力愈大，时间久了就会出现颈部僵硬疼痛、头晕眼花、手指麻木等不适的感觉，甚至可能会慢慢发展成为颈椎病；而不良的坐姿、站姿或长期低头看手机、玩电脑，则会导致脊柱畸形的发生。虽然大家都知道长时间低头弯腰的危害性，但是日常工作和生活中的习惯很难改变，往往意识不到不良姿势对颈椎/腰椎生理弯曲度的影响，一旦进展到疾病状态，往往带来很大痛苦。因此，迫切需要一种能够监测脊柱生理弯曲的方法和装置，以可穿戴的形式，实时的监测脊柱弯曲程度，在脊柱弯曲时间过长或者严重弯曲时能够自动提醒用户，改善其受力状况。
“小燕飞”是一种专门针对颈背部肌肉的锻炼方法，就是人们模拟燕子飞行姿势进行肢体运动，以达到锻炼腰背肌，缓解腰部、颈肩部等部位的劳损等保健作用的目的，是临床脊柱医生广泛推荐的颈椎病及腰椎病的首选预防保健方式。但这种有效的锻炼方法在实施过程中的效果却不太理想，主要有两方面原因：一是锻炼过程缺乏专业化、科学化指导，导致训练方法不对，效果不明显，甚至对腰椎造成二次损伤，如小燕飞并不是抬得越高越好，而是适当高度，不能快速做，而要静态保持等；二是康复锻炼本身比较枯燥，患者很难长期坚持。
目前已经发展出一些穿戴式的腰/颈椎弯曲程度监测系统和装置，多采用加速度传感器和陀螺仪，通过传感器倾角变化来监测腰/颈椎相对弯曲角度和程度，但是多存在以下问题：一是对腰/颈椎弯曲程度和活动度的监测不准确，或者对弯曲不敏感，二是不能及时发现并纠正日常的不良身姿习惯；三是没有和腰/颈椎康复训练结合，无法制定个体化的锻炼方案，不能科学有效的指导受试者进行腰背部肌肉锻炼。
发明内容
鉴于上述问题，本发明旨在提出一种脊柱生理曲度监测装置，其能够准确测量受试者的脊柱的生理曲度；其能够为受试者实时地提供反馈，帮助纠正脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长；其能够在受试者疲劳时进行疲劳缓解。
本发明的脊柱生理曲度监测装置，其包括：弯曲度传感器模块、中央处理器、贴片；
所述贴片由柔性防水材料制成，其通过粘接方式粘附到受试者脊柱生理弯曲位置；所述弯曲度传感器模块、中央处理器封装在所述贴片内；
所述弯曲度传感器模块包括至少两个应变电阻式弯曲度传感器，所述两个应变电阻式弯曲度传感器沿贴片的长度方向设置，其输出的脊柱曲度信息被送至所述中央处理器进行处理。
优选地，进一步包括振动提示单元；所述振动提示单元受控于所述中央处理器而进行振动，以通过该振动向受试者发出提示。
优选地，进一步包括电刺激单元；所述电刺激单元受控于所述中央处理器而进行放电，以对受试者进行电刺激。
优选地，所述电刺激单元输出预定频率、形态、和强度的电流信号对受试者进行电刺激。
优选地，所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的每个均用于监测人体矢状面的弯曲度；通过所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的两个的输出结果来确定人体额状面的弯曲度。
优选地，所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器为三个，通过所述三个传感器输出结果之间的弯曲度差以判断人体脊柱的旋转方向和角度。
优选地，进一步包括通信模块，以与外部设备进行通信。
优选地，所述通信模块为蓝牙模块；所述外部设备为智能手机或平板电脑，所述外部设备上运行监测应用程序；所述脊柱生理曲度监测装置通过所述蓝牙模块将所述中央处理器将处理的脊柱曲度信息实时地送至外部设备。
优选地，所述外部设备根据所接收的脊柱曲度信息，以声音和/或视觉形式反馈受试者，以提醒受试者其脊柱或脊柱的运动的状态。
优选地，所述贴片由硅胶或橡胶制成；所述贴片通过双面胶贴粘附到受试者脊柱生理弯曲位置；所述双面胶贴的第一侧为凝胶，用于结合至所述贴片，第二侧为医用粘胶，用于粘附至所述受试者。
本发明旨在提出一种脊柱生理曲度监测方法，其能够准确测量受试者的脊柱的生理曲度；其能够为受试者实时地提供反馈，帮助纠正脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长；其能够在受试者疲劳时进行疲劳缓解。此外，本发明的脊柱生理曲度监测方法便于针对受试者制定个体化训练方案，以达到脊柱疾病康复和预防的目的。
本发明的脊柱生理曲度监测方法，其通上述的脊柱生理曲度监测装置对受试者的生理曲度进行监测；
将所述贴片贴在受试者的脊柱的需要监测生理曲度的部位；
由所述弯曲度传感器模块的至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的每个的测量结果作平均而得到受试者的矢状面的弯曲度；由所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的两个的测量结果进行计算得到受试者的额状面的弯曲度。
优选地，所述脊柱生理曲度监测装置进一步包括振动提示单元；
当受试者的脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长时，所述中央处理器控制所述振动提示单元进行振动，以向受试者发出提示。
优选地，所述脊柱生理曲度监测装置进一步包括电刺激单元；
当受试者脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长时，所述中央处理器控制所述电流刺激单元进行放电，产生经皮神经电刺激，透过受试者的皮肤将预定频率、强度、形态的电流作用到监测部位，起到缓解疼痛和疲劳的作用。
优选地，所述中央处理器将所述应变电阻式弯曲度传感器的测量结果去除零点漂移后，分别进行90度与0度定标，所述矢状面的弯曲度和额状面的弯曲度为定标后的弯曲度数据。
优选地，所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器为三个，所述中央处理器通过所述三个传感器输出结果之间的弯曲度差以判断受试者脊柱的旋转方向和角度。
优选地，所述脊柱生理曲度监测装置进一步包括括通信模块，以与外部设备进行通信；所述通信模块为蓝牙模块；所述外部设备为智能手机或PAD；所述外部设备上安装有监测应用程序；通过所述监测应用程序，可以向受试者提示当前脊柱弯曲程度、疲劳程度，并个体化指导康复训练。
优选地，在所述脊柱生理曲度监测装置的中央处理器中设置阈值，当脊柱疲劳指数超过该阈值时，所述脊柱生理曲度监测装置以振动单元振动的方式报警，提醒受试者脊柱处于疲劳状态，需进行活动或者纠正不良姿势；
其中，脊柱疲劳指数＝脊柱前向弯曲角度*弯曲持续时间。
优选地，在所述脊柱生理曲度监测装置的中央处理器或所述外部设备设置阈值，当脊柱疲劳指数超过该阈值时，所述脊柱生理曲度监测装置以振动单元振动的方式报警或者所述监测应用程序进行提醒，提醒受试者脊柱处于疲劳状态，需进行活动或者纠正不良姿势；
其中，脊柱疲劳指数＝脊柱前向弯曲角度*弯曲持续时间。
优选地，受试者康复训练过程的脊柱弯曲度在外部设备上实时地以视觉形式反馈呈现给受试者，并以视觉方式引导使用者进行康复训练。
优选地，根据受试者的年龄情况和脊柱健康状况，在所述外部设备上设定个体化的运动处方，通过音乐或者视觉的生物反馈形式，指导受试者进行康复训练；所述个体化的运动处方包括：“小燕飞”动作的腰椎弯曲程度、每个动作持续时间、循环锻炼次数、以及间歇时间。
优选地，所述脊柱生理曲度监测装置使用前进行自校准，其启动后先采集所述应变电阻式弯曲度传感器的当前值，进行零点漂移定标，零点漂移定标后，所述脊柱生理曲度监测装置再次启动并采集所述应变电阻式弯曲度传感器的100次数据，以该100次数据的平均值为校准零度。
能够实现脊柱弯曲程度及方向的精确采集、人体不良姿势监测、“小燕飞”辅助康复训练等功能。本发明的目的在于，为上班族、学生、腰颈椎病患者提供一种穿戴式人体脊柱弯曲角度和方向的监测系统，可以便捷、实时监测脊柱生理弯曲数据，有效获得脊柱活动度、弯曲度等信息，从而及时反馈提醒使用者，并能基于该装置对腰颈椎健康状况进行评估，并制定个体化的腰背肌锻炼方案，以达到脊柱疾病康复和预防的目的。
附图说明
图1为本发明的脊柱生理曲度监测装置的原理框图；
图2为本发明的脊柱生理曲度监测装置的上侧结构示意图；
图3为本发明的脊柱生理曲度监测装置的下侧结构示意图；
图4为本发明的脊柱生理曲度监测装置应用示意图；
图5为应变电阻式弯曲度传感器激励和信号采集电路图；
图6为脊柱弯曲度数据处理流程；
图7-8为“小燕飞”交互式康复训练示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法进行详细说明。
本申请的根本思路，在于通过弯曲运动传感器，准确地获得脊柱弯曲度和方向的数据，基于该数据，可以定量的评估脊柱弯曲程度、疲劳程度，据此对使用者进行实时反馈提醒。在此基础上，提出了脊柱健康干预调节和康复锻炼的方法，个体化地指导脊柱康复训练。
图1为脊柱生理曲度监测装置的原理框图，包括弯曲度传感器模块2、3，中央处理模块12、电源模块6、电刺激模块11、蓝牙模块13以及指示灯10、振动提示单元8、按键输入等单元4。其中弯曲度传感器模块2、3由两块应变电阻式弯曲度传感器构成(也可以是三块或更多块)，具有超薄的封装，能够紧密贴合在使用者的腰椎或者颈椎部位，能够方便和准确地采集到脊柱弯曲程度及方向的信息。弯曲度传感器模块检测到的弯曲度信息经过AD采样后进入中央处理模块，完成信号处理、去燥、校准等功能后，可以通过蓝牙模块传送给外部设备，如智能手机、移动终端PAD等。智能手机或移动终端PAD也可以通过蓝牙模块与中央处理模块通讯，发出状态控制和提示信息，如通过振动模块提示使用者处于不良身体姿势状态，或者提示某组康复训练已经完成等。电刺激模块用于在脊柱长期弯曲或者疲劳状态下产生电刺激，以缓解疲劳。按键输入单元用于控制系统的开关机，当长按开关键3秒后，系统开机，可用于脊柱弯曲度监测或者康复训练，进入待机状态。指示灯用于提示系统当前状态，如正常工作还是电池电量不足。电源模块为一外置单元，为系统内置电池充电，为方便起见，可以为常用的5V的mini-USB接口。
上述的弯曲度传感器模块，中央处理模块、电源模块、电刺激模块、蓝牙模块以及指示灯、振动提示单元、按键输入单元等都集成在一起，一体化设计，整个监测装置设置为贴片形式，方便黏贴使用，使用柔性橡胶材质封装，可稳固的粘贴于人体脊柱棘突等生理弯曲位置。脊柱生理曲度监测装置如图2、3所示。整个监测装置两端为椭圆形形状，中段为长方形形状，其中一端放置中央处理器12、电路板9、振动模块8、电源模块6等硬件结构，整个监测装置通过双面缓冲凝胶贴附在使用者腰椎或颈椎处，贴合过程设计成中心点接触法粘贴，即双面凝胶的两个侧面能够相对移动(一侧粘贴使用者皮肤，一侧粘贴监测装置)，使得监测装置的两端拥有自动活动的空间，从而在监测脊椎弯曲的整个过程中，以及结合“小燕飞”等动作进行训练的过程中，装置能够紧贴人体脊椎，不会发生脱落，从而达到精确的监测效果。
脊柱弯曲度监测装置的硬件结构包括贴片1、弯曲度传感器模块2和3、电源开关按键4、电源模块6、振动器8、指示灯10、电刺激传感器11、中央处理器12、蓝牙模块13。贴片1设有双面缓冲胶贴，其一侧为凝胶，用于与贴片粘附，其另一侧为医用粘胶，用于与使用者的皮肤粘附，凝胶和医用粘胶可以是分别设置在基片的两侧，基片高质量的棉质弹力布制成，医用粘胶为医用压敏胶；棉质弹力布与医用压敏胶通过“S”型透气涂胶工艺结合，有和肌肉的延展性相当的170％弹性。凝胶层为亲水高分子水凝胶，以水为分散介质的凝胶，具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。这样的结构使得贴片在随着使用者的脊柱弯曲时，凝胶层提供足够的缓冲，避免贴片中金属的应变电阻式弯曲度传感器在弯曲过程中使得监测装置与使用者的皮肤脱离，为监测装置的两端提供自由活动的空间，从而在监测脊椎弯曲的整个过程中，装置能够紧贴人体脊椎，不会发生脱落，从而达到精确的监测效果。弯曲度传感器2和3位于整个监测装置的中上部，硬件接口电路板置于整个监测装置的末端，这种设计有助于弯曲传感器的最大灵敏区间处于监测装置的中上部，更利于舒适便捷的弯曲传感器置于人体腰椎弯曲变化最大的位置，获得精准的腰椎弯曲数据。
当通过贴片1将监测装置紧密贴合到人体脊柱棘突等生理弯曲位置，长按电源开关按键4大于3秒钟，监测装置启动，这时人体弯腰的动作会通过弯曲传感器转化为精确的模拟电压输出，由中央处理器12采集，通过蓝牙模块13，将数据上传至其他设备，如手机或移动处理终端PAD,手机或移动处理终端PAD上运行有应用程序，能够根据设置的弯曲角度阈值，弯曲时间统计阈值、以及治疗过程中的体温来判断处理模式(是警告还是报警)，处理结果通过蓝牙模块下传到中央处理器12，中央处理器12控制振动模块8、指示灯10来发出警告与报警信息。
充电模式下由中央处理器12控制电源模块6来进行充电管理。电源开关4环绕指示灯可以指示充电程度。电刺激模块11其位置放置于贴片的一端，可以根据需要输出特定频率、形态和强度的电流信号，用于缓解疲劳。弯曲度传感器2、3位于贴片正中部，一条记录脊柱在人体矢状面的弯曲度，另一条记录脊柱在人体额状面的弯曲角度，同时结合两条传感器数据可以推算人体脊柱的旋转角度。贴片1其特征在于，两端为椭圆形形状，中段为长方形形状，其中一端放置中央处理器、电路板、振动模块、电源模块等硬件结构。贴片为柔性橡胶材质，可稳固的粘贴于人体脊柱棘突等生理弯曲位置。贴片长度为30cm，椭圆形段的宽度为15cm，长方形段的宽度为10cm。
脊柱生理曲度监测装置应用示意图如图4所示，将监测装置1A硬件结构粘贴于人体脊柱的腰曲段，通过按键开启硬件结构电源，在手机或者移动PAD端开启蓝牙与硬件结构的蓝牙进行配对连接。配对成功后，可以在移动端2A实时显示弯曲度传感器的弯曲角度。基于脊柱弯曲度信息，就可以进一步的对脊柱弯曲度、方向、持续时间、疲劳指数的关键指标进行监测和反馈提醒，达到预防脊柱损伤的目的。进而，可以基于上述信息，开展个体化的、交互式的脊柱康复训练，从而达到科学、合理、定制化的训练效果。
应变电阻式弯曲度传感器激励和信号采集电路如图5所示。电路采用典型的电桥测量方式，通过恒压源12B激励，当弯曲度传感器跟随人体脊椎弯曲时，传感器输出电阻会发生变化，经A/D电路12A采样后进入中央处理器12进一步做数据处理。
脊柱弯曲度数据处理流程如图6所示。为提高柱弯曲度检测的稳定性和灵敏度，采用双传感器数据交替有效法，迭代累加平均。具体公式描述如下：
表示传感器F1第i次采样结果，XF2(i+1)表示传感器F2第i+1次采样结果，fi表示第i次采样结果输出值，基本采样公式如式1所示：
那么基本迭代公式如下：
按照1KHz的采样率，每100个点平均累计，同时运用迭代算法，使得采样率不变的情况下，获得100点的采样累计平均值，信噪改善比按照
100点的累计平均的话，可以使得信噪改善10倍。通过这种方法既提高了数据的信噪比，使其能够达到弯曲角度的最小分辨率为2°的灵敏度和稳定性，同时又达到较高的实时性高采样率数据采集。
系统在完成测量数据的迭代累加平均后，装置使用前进行自校准，监测装置启动后先采集弯曲传感器当前值，进行零点漂移定标，零点漂移定标后，监测装置再次启动采集弯曲传感器的100次数据，以100次采样平均值为校准零度。角度数据去除零点漂移后，监测装置进行90度与零度双边定标，定量输出定标后的角度数据，同时结合两条传感器数据的差异，还可以定性的推算人体脊柱的旋转角度。
以两个应变电阻式弯曲度传感器为例，将监测装置硬件结构粘贴于人体脊柱的腰曲段时，两个传感器同时能够监测到脊柱前后向弯曲度，及矢状面弯曲度，在弯曲度数据利用时，可以将两个传感器的结果求平均值，以反映脊柱弯曲程度，也可以求两个传感器结果的差值，其差值可以反应人体脊柱在前后向弯曲过程中同时伴随产生的左右旋转弯曲，及额状面的弯曲度。因此通过两个弯曲度传感器，可以同时得出脊柱前后向弯曲度以及旋转角度方面的信息。
若是三个弯曲度传感器同时使用，以及进一步通过三个传感器输出结果间的差值，判断旋转方向和角度，具体而言，以中间位置传感器为基准，两侧传感器的输出结果与中间传感器结果求差值，当脊柱左侧旋转和右侧旋转时，其差值的符号不同，据此即可判断脊柱旋转方向，基于差值的大小，即可判断旋转的角度。
在上述脊柱弯曲度监测装置的基础上，即可开展脊柱弯曲度实时监测、疲劳状态预警和提示，以及个体化、交互式脊柱康复训练。完成上述功能的理想载体为智能手机或者智能移动终端如PAD等，其上运行有专业APP软件，通过蓝牙方式与监测装置实现通讯。脊柱弯曲度、弯曲方向和活动度信息实时传递到手机APP或者移动PAD上，手机APP或者移动终端PAD上运行有实时监测程序，可反馈提示使用者当前脊柱弯曲程度、疲劳程度等，并个体化指导康复训练。
手机APP可以监测和记录脊柱弯曲角度和持续时间，定义脊柱疲劳指数＝脊柱前向弯曲角度*弯曲持续时间，在APP中可人为设定疲劳指数阈值，当超过该阈值，系统自动报警，以振动单元振动的方式，或者手机APP自动提示的方式，提醒使用者脊柱处于疲劳状态，需进行活动或者纠正不良姿势。
图7、8为进行“小燕飞”交互式康复训练示意图。首先保持图7形式的姿势为放松状态，保持图8形式的姿势为燕飞状态，一个燕飞训练动作为图7与图8姿势的重复，燕飞训练的处方一般分为四个部分：(1)燕飞训练动作重复次数；(2)燕飞姿势预定角度；(3)燕飞姿势维持时间；(4)放松姿势维持时间。例如“小燕飞”的康复运动处方可设置为：燕飞姿势维持3秒，燕飞姿势预定角度15度，放松10秒，重复3次。进行“小燕飞”等动作的脊柱康复训练时，可在APP中根据使用者的年龄情况和脊柱健康状况，设定个体化的运动处方，通过音乐或者视觉等生物反馈形式，交互式指导使用者进行康复训练。个体化的运动处方包括：“小燕飞”动作的腰椎弯曲程度，每个动作持续时间，循环锻炼次数，以及间歇时间等，每个使用者可以依据专业人士意见(医生或者健身教练)设置有多个不同组合的康复训练处方。在康复训练过程中，腰椎弯曲度和持续时间都满足设定要求的，才算作一次有效的康复动作，以此保证训练的准确性和效果。使用者康复训练过程的脊柱弯曲度能够实时地以视觉反馈的形式呈现给使用者，并能以视觉引导的方法，引导使用者进行“小燕飞”等康复锻炼。康复训练过程中实时判断处理脊柱弯曲度信息，当达到预设值后，自动语音提示或者视觉提示，或者振动提示，并鼓励使用者，形成正反馈，当弯曲度不达标，或者持续时间不够长，也语音、视觉或振动提示，以便于使用者更好的掌握康复锻炼动作要领。
当前有效康复训练次数和时间信息可以存储并与历史数据做对比分析，医生据此可以动态观察使用者一段时间内的训练效果，动态调整康复锻炼处方。
此处以“小燕飞”训练为例，说明脊柱弯曲度监测装置在康复训练中的应用方式，其他训练，可以根据训练方式和目的，编制相应的运动处方，达到同样的个体化、交互训练的目的。
本发明的脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法，具有以下优点：
1、本发明的脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法，脊柱弯曲度信息由应变电阻式弯曲度传感器采集，该传感器具有超薄的封装，能够紧密贴合在使用者的腰椎或者颈椎部位，能够方便和准确地采集到脊柱弯曲程度及方向的信息；相比于目前的基于加速度和陀螺仪的活动度检测方法，基于应变电阻式弯曲度传感器能够获得相对弯曲角度的变化，而加速度和陀螺仪传感器测得的是相对于地球引力方向的角度变化，测量相对弯曲程度不准确。
2、脊柱弯曲程度监测单元含有两个以上的应变电阻式弯曲度传感器，分别捕捉脊柱在人体矢状面的弯曲度，和脊柱在人体额状面的弯曲角度，多个传感器的检测到的脊柱弯曲度信息被微处理器同步采集，进行融合分析处理，获得脊柱弯曲程度(相对于矢状面)以及旋转角度(相对于额状面)的定量信息；
3、对于脊柱弯曲度监测单元的多个传感器采用多点平均累加去噪算法，提高脊柱弯曲度检测的稳定性和灵敏度。采用双传感器数据交替有效法，迭代累加平均，既提高了数据的信噪比，有保证了稳定性，同时又达到较高的实时性高采样率采集；
4、整个监测装置设置为贴片形式，方便黏贴使用，使用柔性橡胶材质封装，可稳固的粘贴于人体脊柱棘突等生理弯曲位置，整个监测装置通过双面缓冲凝胶贴附在使用者腰椎或颈椎处，贴合过程设计成中心点接触法粘贴，即双面凝胶的两个侧面能够相对移动(一侧粘贴使用者皮肤，一侧粘贴监测装置)，使得监测装置的两端拥有自动活动的空间，从而在监测脊椎弯曲的整个过程中，以及结合“小燕飞”等动作进行训练的过程中，装置能够紧贴人体脊椎，不会发生脱落，从而达到精确的监测效果；整个监测装置的硬件电路板位于整个燕飞器模块的末端(也可定义为下端)，这种设计有助于弯曲传感器的最大灵敏区间处于整个模块的中上部，更利于舒适便捷的将燕飞弯曲传感器置于人体腰椎弯曲变化最大的位置，获得精准的腰椎弯曲数据。
5、数据准确。角度数据去除零点漂移后，进行90度与零度双边定标，定量输出定标后的角度数据，装置使用前进行自校准，监测装置启动后先采集弯曲传感器当前值，进行零点漂移定标，零点漂移定标后，监测装置再次启动采集弯曲传感器的100次数据，以100次采样平均值为校准零度；
6、数据实时传输，便于反馈。脊柱弯曲度监测单元获得的脊柱弯曲度信息经过微处理器AD采样处理后，通过蓝牙模块，以蓝牙通讯的方式发送给其他设备，如手机或移动PAD,手机或移动PAD上运行相应的程序，可实时获得使用者的脊柱弯曲程度和活动度的信息，当使用者出现脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长的情况，通过应用程序以及振动单元可以实时反馈提醒使用者；
7、具有干预功能。当使用者出现脊柱弯曲度过大或者弯曲持续时间过长的情况，进一步地通过监测系统内置的电流刺激单元，产生经皮神经电刺激，透过皮肤将特定频率、强度、形态的脉冲电流作用到监测部位，起到缓解疼痛和疲劳的作用；
8、便于实时反馈。通过脊柱生理曲度监测装置，实时获得使用者脊柱弯曲度、弯曲方向和活动度信息，基于该信息实施干预调节和康复训练，脊柱弯曲度、弯曲方向和活动度信息实时传递到手机APP或者移动PAD上，手机APP或者移动终端PAD上运行有实时监测程序，可反馈提示使用者当前脊柱弯曲程度、疲劳程度等，并个体化指导康复训练；
9、通过阈值定量监测疲劳。提出了一种量化腰背肌(脊柱)疲劳程度的方法，脊柱疲劳指数＝脊柱前向弯曲角度*弯曲持续时间，可人为设定疲劳指数阈值，当超过该阈值，系统自动报警，以振动单元振动的方式，或者手机APP自动提示的方式，提醒使用者脊柱处于疲劳状态，需进行活动或者纠正不良姿势；
10、以银行方式管理腰椎健康。对使用者的不良身姿情况和腰背肌锻炼情况进行定量评估，脊柱前向弯曲为不良事件，视为向银行取钱，脊柱后向弯曲或者做康复锻炼为有益事件，视为向银行存钱；银行有余款或者在逐渐增加，则脊柱健康状况良好且持续改善，银行负债，则脊柱健康状况不好，需干预调节；
11、便于个体化训练。基于脊柱弯曲度监测装置，进行个体化的“小燕飞”等动作的康复训练。根据使用者的年龄情况和脊柱健康状况，设定个体化的运动处方，通过音乐或者视觉等生物反馈形式，指导使用者进行康复训练；个体化的运动处方包括：“小燕飞”动作的腰椎弯曲程度，每个动作持续时间，循环锻炼次数，以及间歇时间等，每个使用者可以依据专业人士意见(医生或者健身教练)设置有多个不同组合的康复训练处方；
12、便于训练方案的修正和调整。有效康复训练次数和时间信息可以存储并与历史数据做对比分析，医生据此可以动态观察使用者一段时间内的训练效果，动态调整康复锻炼处方；
13、便于在训练过程中进行引导。使用者康复训练过程的脊柱弯曲度能够实时地以视觉反馈的形式呈现给使用者，并能以视觉引导的方法，引导使用者进行“小燕飞”等康复锻炼，康复训练过程中实时判断处理脊柱弯曲度信息，当达到预设值后，自动语音提示或者视觉提示，或者振动提示，并鼓励使用者，形成正反馈，当弯曲度不达标，或者持续时间不够长，也语音、视觉或振动提示，以便于使用者更好的掌握康复锻炼动作要领。
Claims (10)
1.一种脊柱生理曲度监测装置，其特征在于，包括：弯曲度传感器模块、中央处理器、贴片；
所述贴片由柔性防水材料制成，其通过粘接方式粘附到受试者脊柱生理弯曲位置；所述弯曲度传感器模块、中央处理器封装在所述贴片内；
所述弯曲度传感器模块包括至少两个应变电阻式弯曲度传感器，所述两个应变电阻式弯曲度传感器沿贴片的长度方向设置，其输出的脊柱曲度信息被送至所述中央处理器进行处理。
2.如权利要求1所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：进一步包括振动提示单元；所述振动提示单元受控于所述中央处理器而进行振动，以通过该振动向受试者发出提示。
3.如权利要求1所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：进一步包括电刺激单元；所述电刺激单元受控于所述中央处理器而进行放电，以对受试者进行电刺激。
4.如权利要求3所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述电刺激单元输出预定频率、形态、和强度的电流信号对受试者进行电刺激。
5.如权利要求1所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的每个均用于监测人体矢状面的弯曲度；通过所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器中的两个的输出结果来确定人体额状面的弯曲度。
6.如权利要求5所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述至少两个应变电阻式弯曲度传感器为三个，通过所述三个传感器输出结果之间的弯曲度差以判断人体脊柱的旋转方向和角度。
7.如权利要求1所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：进一步包括通信模块，以与外部设备进行通信。
8.如权利要求7所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述通信模块为蓝牙模块；所述外部设备为智能手机或平板电脑，所述外部设备上运行监测应用程序；所述脊柱生理曲度监测装置通过所述蓝牙模块将所述中央处理器将处理的脊柱曲度信息实时地送至外部设备。
9.如权利要求8所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述外部设备根据所接收的脊柱曲度信息，以声音和/或视觉形式反馈受试者，以提醒受试者其脊柱或脊柱的运动的状态。
10.如权利要求1所述的脊柱生理曲度监测装置，其特征在于：所述贴片由硅胶或橡胶制成；所述贴片通过双面胶贴粘附到受试者脊柱生理弯曲位置；所述双面胶贴的第一侧为凝胶，用于结合至所述贴片，第二侧为医用粘胶，用于粘附至所述受试者。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107693020A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-02-16 | 黄鹏 | 脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法 |
| CN113243908A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-08-13 | 广州中医药大学深圳医院(福田) | 一种腰椎实时监测装置及实时监测方法 |
| CN114376565A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-22 | 法罗适(上海)医疗技术有限公司 | 一种数据手套及其制作方法 |
| CN107693020B (zh) * | 2017-10-23 | 2024-05-03 | 中国人民解放军总医院第一医学中心 | 脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法 |
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2017
- 2017-10-23 CN CN201721366772.2U patent/CN211155801U/zh active Active
Cited By (5)
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| CN107693020B (zh) * | 2017-10-23 | 2024-05-03 | 中国人民解放军总医院第一医学中心 | 脊柱生理曲度监测装置及脊柱生理曲度监测方法 |
| CN113243908A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-08-13 | 广州中医药大学深圳医院(福田) | 一种腰椎实时监测装置及实时监测方法 |
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